เทคนิคการถ่ายทอดยีนเข้าสู่พืชเป็นวิธีการสำคัญในการเปลี่ยนแปลงลักษณะทาง พันธุกรรมของพืชให้แสดงออกในลักษณะทางพันธุกรรมตามที่ต้องการ โดยวิธีส่งถ่ายสารพันธุกรรมจากภายนอกเข้าสู่เซลล์เป้าหมาย สารพันธุกรรมที่ทำการส่งถ่ายเกิดการแทรกเข้าเชื่อมต่อกับโครโมโซมของเซลล์หรือเนื้อเยื่อเป้าหมาย และเกิดการแสดงออกในลักษณะทางพันธุกรรมที่สารพันธุกรรมเหล่านั้นควบคุม รวมทั้งมีความสามารถในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมนั้นต่อไปยังรุ่นลูกเหมือนในพืชปกติได้ พืชที่ได้รับยีนจากแหล่งอื่นเข้าไปในส่วนของจีโนม และสามารถแสดงลักษณะทางพันธุกรรมที่ยีนนั้นควบคุม เรียกว่า พืชแปลงพันธุ์ (transgenic plants)
พืชแปลงพันธุ์ได้เริ่มเข้ามามีบทบาทสำคัญในการผลิตพืชปลูกหลายชนิดให้มีคุณลักษณะที่ดีขึ้น รวมทั้งการลดข้อจำกัดของวิธีการปรับปรุงพันธุ์แบบดั้งเดิม เช่น การผสมพันธุ์พืช (hybridization) และการชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์ (mutation) ซึ่งต้องใช้ระยะเวลายาวนานในการปฏิบัติ และลักษณะที่แสดงออกภายนอกเป็นการแสดงออกของยีนจากภายใน จึงมักพบอิทธิพลจากการข่มการแสดงออกของยีนในลักษณะต่างๆ ทำให้เกิดปัญหาในการปรับปรุงพันธุ์ รวมถึงมีโอกาสที่จะได้ลักษณะทางพันธุกรรม ที่ไม่ต้องการร่วมเข้ามาด้วย จากความหลากหลายทางพันธุกรรมที่ลดลงก่อให้เกิดปัญหาที่ไม่สามารถหาพืชตระกูลใกล้เคียงกับพืชปลูกมาใช้เพื่อการผสมในระบบการปรับปรุงพันธุ์ นอกจากนี้ ลักษณะทางการเกษตรบางประการ เช่น ความต้านทานต่อโรคและแมลง ความต้านทานต่อสภาวะแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมปรากฏอยู่ในพันธุ์พืช ป่า หรือในสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นที่มีลักษณะทางพันธุกรรมห่างจากพันธุ์พืชที่นำมาปรับปรุง จึงไม่สามารถใช้วิธีการผสมพันธุ์พืชเพื่อผลิตพืชให้มีลักษณะที่ตรงตามความต้องการ ได้ พืชดัดแปลงพันธุกรรมจึงได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อจุดมุ่งหมายในการเปลี่ยนแปลง เพิ่มเติม หรือตัดทอนลักษณะบางประการของต้นพืช โดยการแทนที่ด้วยยีนควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมที่ต้องการ ทั้งที่ได้จากพืชในตระกูลเดียวกันหรือพืชต่างตระกูล กับพืชปลูกที่ต้องการดัดแปลงพันธุกรรม รวมทั้งยีนจากสิ่งมีชีวิตอื่น ทำให้ได้พืชปลูกที่มีลักษณะตามต้องการในเวลาอันรวดเร็ว และไม่มีผลกระทบจากยีนที่ไม่ต้องการเหมือนกับการใช้วิธีการปรับปรุงพันธุ์แบบเดิม
ยีนควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมที่นำมาใช้ในกระบวนการส่งถ่ายยีน สามารถแบ่งออกเป็น ๒ กลุ่ม กลุ่มแรกคือ ยีนเพื่อการเพิ่มผลผลิต ซึ่งเป็นยีนในกลุ่มที่ช่วยส่งผลต่อการเพิ่มปริมาณของผลผลิต เช่น ยีนต้านทานการเข้าทำลายของโรคและแมลง และยีนสร้างความทนทานต่อสภาพแวดล้อม บางชนิด กลุ่มที่ ๒ คือ ยีนเพื่อการปรับปรุงคุณภาพของผลผลิต ซึ่งเป็นยีนในกลุ่มที่ช่วยปรับปรุงคุณภาพของผลผลิต เช่น ยีนชะลอการสุกแก่ของผลไม้ และยีนเพิ่มปริมาณแป้งและน้ำตาล
การส่งถ่ายยีนเข้าสู่พืชสามารถปฏิบัติได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับชนิด และเนื้อเยื่อของพืชที่นำมาใช้ในการส่งถ่ายยีน อาจแบ่งออกเป็น ๒ วิธีการใหญ่ๆ คือ
ก. การส่งถ่ายยีนโดยตรง เป็นวิธีการส่งถ่ายยีนที่ต้องการเข้าสู่เนื้อเยื่อพืชเป้าหมายโดยตรง เช่น การส่งถ่ายยีนโดยใช้กระแสไฟฟ้า (electroporation) การส่งถ่ายยีนโดยใช้เข็มฉีด (microinjection) การส่งถ่ายยีนโดยใช้เครื่องยิงอนุภาค (biolistic technique)
ข. การส่งถ่ายยีนโดยใช้พาหะ เป็นวิธีการส่งถ่ายยีนที่ต้องการ โดยส่งถ่ายเข้าไปในพาหะ เช่น แบคทีเรีย หรือไวรัส ก่อนอาศัยกลไกของพาหะนำพายีนที่ต้องการเข้าสู่เนื้อเยื่อพืชเป้าหมาย เช่น การส่งถ่ายยีนโดยใช้แบคทีเรีย Agrobacterium (Agrobacterium mediated gene transfer)
วิธีการส่งถ่ายยีนเข้าสู่พืชที่นิยมปฏิบัติในปัจจุบัน และประสบความสำเร็จในการถ่ายทอดยีนควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมต่างๆ เข้าสู่พืชปลูกหลายชนิด ได้แก่ การส่งถ่ายยีนโดยใช้แบคทีเรีย และการส่งถ่ายยีนโดยใช้เครื่องยิงอนุภาค
การส่งถ่ายยีนโดยการใช้เครื่องยิงอนุภาคเป็นวิธีการส่งถ่ายยีนเข้าสู่พืชด้วยวิธียิงยีนเข้าสู่เซลล์ ยีนที่ใช้จะนำมาเคลือบไว้บนอนุภาคโลหะขนาดเล็ก เช่น อนุภาคทองคำ หรืออนุภาคทังสเตน ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวนำยีนเข้าสู่เซลล์โดยใช้แรงผลักดันจาก แหล่งต่างๆ เช่น แรงขับจากดินปืน แรงขับจากกระแสไฟฟ้า หรือแรงดันของก๊าซ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวผลักดันอนุภาคโลหะเข้าสู่เนื้อเยื่อเป้าหมายผ่านผนังเยื่อหุ้มเซลล์ภายใต้สภาวะสุญญากาศ และเกิดการเชื่อมต่อระหว่างยีนที่ต้องการกับโครโมโซมของเซลล์เป้าหมาย วิธีการส่งถ่ายยีนโดยการใช้เครื่องยิงอนุภาคเป็นวิธีที่พัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในการส่งถ่ายยีนเข้าสู่พืชสำคัญบางชนิด เช่น กลุ่มพืชใบเลี้ยงเดี่ยวที่ไม่ตอบสนองต่อการส่งถ่าย ยีนด้วยแบคทีเรียAgrobacteriumการพัฒนาพันธุ์สัตว์ด้วยวิธีการส่งถ่ายยีนนั้นได้รับการพัฒนาขึ้นพร้อมๆ กับการส่งถ่ายยีนเข้าสู่พืช โดยมีการพัฒนาทั้งใน ปศุสัตว์ที่สำคัญและในสัตว์น้ำ ยีนที่ทำการส่งถ่ายมีทั้งยีนที่ช่วยเพิ่มคุณภาพของการผลิตสัตว์ เช่น ยีนเร่งการเจริญเติบโต ยีนต้านทานการเกิดโรค และยีนปรับปรุงคุณภาพของผลผลิต การส่งถ่ายยีนในสัตว์มีข้อจำกัดเกี่ยวกับเนื้อเยื่อเป้าหมายที่นำมาใช้ในการส่งถ่ายยีนซึ่งแตกต่างกับการส่งถ่ายยีนในพืช เพราะเซลล์ของสัตว์นั้นเมื่อทำการแยกมาเพาะเลี้ยงบนอาหารสังเคราะห์ จะไม่มีความสามารถพัฒนากลับไปเป็นตัวสมบูรณ์ได้เหมือนในเซลล์พืช ชนิดของเนื้อเยื่อเป้าหมายในการส่งถ่ายยีนเข้าสู่เซลล์ของเซลล์สัตว์จึงมีน้อยกว่าเซลล์พืช ได้มีการพัฒนาวิธีการส่งถ่ายยีนจากภายนอกเข้าสู่เซลล์สัตว์ในหลากหลายวิธี วิธีที่ประสบผลสำเร็จและนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันคือ วิธีฉีดดีเอ็นเอเข้าไปในไข่ของสัตว์ก่อนได้รับการผสม หรือเพิ่งได้รับการผสมที่อยู่ในระยะ ๑ - ๒ เซลล์ของการพัฒนา แล้วนำไข่ที่ทำการส่งถ่ายยีนเข้าเพาะเลี้ยงเพื่อพัฒนาเป็นตัวสมบูรณ์ในสัตว์ที่ใช้เป็นตัวแม่ต่อไป เทคนิคนี้เรียกว่า เทคนิคการส่งถ่ายยีนโดยการใช้เข็มฉีด (microinjection) งานวิจัยเริ่มแรกทำในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ ต่อมาได้พัฒนาวิธีการนำมาใช้ส่งถ่ายยีนในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ได้แก่ สัตว์ตระกูลฟันแทะ เช่น หนู กระต่าย และปศุสัตว์ เช่น หมู วัว แพะ แกะ จนถึงการส่งถ่ายยีนเข้าสู่สัตว์ปีก เช่น ไก่ และสัตว์น้ำ เช่น ปลา
